汽輪機通流改造后存在的問題及方案優化

宋勇

摘要：汽輪機通流部分改造主要是通過先進成熟的氣動熱力設計、結構強度設計技術及先進制造技術，對汽輪機各缸效率低、熱耗高及安全可靠性差的實際情況進行改造，以提高汽輪機運行的經濟性、可靠性和靈活性，并延長服役壽命。本文對5臺機組的改造效果進行了全面的分析總結，并對出現的問題提出相應的改進措施，全面總結改造后出現的問題，并提出可行性的運行調整措施和后續改造建議。

關鍵詞：汽輪機;通流改造;經濟性;可靠性;靈活性;措施;

1 前言

目前國內在役的600MW等級超臨界機組普遍存在通流部分效率低、熱耗高及可靠性差等問題，嚴重影響企業經濟效益，同時國家《煤電節能減排與改造行動計劃（2014-2020年）》明確要求到2020年600MW等級以上機組供電煤耗必須低于300g/kWh[1]。本文分析和總結5臺由哈爾濱汽輪機廠負責實施通流改造機組通流改造后的超臨界機組出現的問題，分享汽輪機通流改造經驗，并為后續汽輪機通流改造提供優化方案。

2 通流改造范圍

5臺汽輪機組通流改造包括的范圍不同，汽輪機本體改造中均對高壓缸通流及內缸、中壓缸通流及內缸及低壓缸通流及內缸進行改造，未對高、中壓缸外缸及低壓缸外缸進行更換;輔助系統改造中部分電廠根據實際情況增加外置式蒸汽冷卻器、4.5號低加及低溫省煤器，并對給水泵汽輪機進行更換。

3 通流改造前、后熱力性能結果分析

3.1 改造基本原則

針對機組低壓缸效率偏低、變工況下級效率降低明顯等問題，實施通流改造的超臨界機組基本方案如下：

1）高中壓缸葉片采用反動式，減小調節級和各壓力級焓降，各缸級數增多;

2）降低中、低壓缸分缸點參數;

3）高效葉型，各負荷工況下級效率變化小;

4）高、中壓缸進、排汽結構優化;

5）低壓缸進汽結構優化;

6）低壓內缸結構優化;

7）配置外置式蒸冷器，提高給水溫度;

8）配置4.5號低加，提高機組回熱循環效率;

9）配置低溫省煤器，進一步回收煙氣余熱。

3.2 改造前、后各缸級數對比及熱力性能結果

為提高通流各級和整缸效率，葉片級的熱力設計采用小焓降原則，同時保證機組出力不降低，因此高、中壓缸級數增多。

W廠1、2號機，D廠1、2號機和C廠1號機通流熱力性能改造方向相同，高壓缸級數均增加4級，但C廠1號機組調整中壓缸通流級數，較其余4臺機組的9級改為8級，低壓缸通流級數仍為7級。中壓缸級數的增加導致中、低壓缸分缸點參數降低，低壓缸進汽溫度降低，為低壓缸采用整體球墨鑄鐵結構創造了條件。

改造后汽輪機高、中、低壓缸效率如表3.2、所示。

通過對比通流改造后技術指標，機組的缸效及熱耗均能滿足或接近設計值，達到了同流改造的效果。

4 通流改造后存在的共性問題

4.1 各級抽汽壓力偏低

由于通流改造時間的不同，前期進行改造的3臺機組在改造后出現各級抽汽壓力均有較設計值均有不同程度的降低，其中四抽壓力降低最為明顯，較設計值偏低值最大達12%。

分析原因為高、中、低壓缸改造前、后外缸均未更換，即外缸抽汽口位置未變動，汽輪機改造后通流部分抽汽口位置與外缸抽汽口位置不對中，同時由于級數增多，隔板抽汽口尺寸偏小，因此各級抽汽在進入抽汽管道前存在節流現象。

如圖4.1所示，各級抽汽在A、B兩個位置發生節流：A節流口發生節流的原因是內缸級數增多，各級間間隙小，抽汽口尺寸在設計時受限制;B節流口發生節流的原因是外缸未更換，蒸汽需經內、外缸環面節流口至抽汽管道。

吸取前3臺機組改造的經驗后，后續兩臺機組的改造措施為：1、最大量削除中壓排汽口外缸體部分，以減小中壓排汽口節流損失。2、進行相關通流和做功能力校核，通過縮小4級抽汽后壓力級通流面積。3、通過減少中壓缸級數來擴大圖4.1所示的A、B節流口尺寸，同時優化流場，以最大程度減小4級抽汽壓損。通過上述改造后，明顯緩解了四抽壓力低的問題。后續可考慮整套更換外缸方案，可以將B節流口尺寸擴大，以最大程度降低B位置的節流作用。

4.2? 機組停機過程中高壓上下缸金屬溫差大

在通流改造后，4臺機組在停機過程中不同程度出現高壓上下缸金屬溫差大情況，影響機組安全停機。主要由于高壓平衡管道流程改變，在機組停機過程中，機組平衡管道的蒸汽參數發生了變化，下半平衡管內汽體對高排金屬由改造前的加熱變成了冷卻作用，從而導致上下半溫差較改造前出現較大提升。

對上下半平衡管徑向襯套進行補充加工，然后從汽缸內部用堵板進行封堵;對上下半連接襯套和高排處的壓力平衡管進行割除，并用堵板封堵;取消上下缸壓力平衡管。通過上述措施后，停機過程中高壓上下缸金屬溫差大的問題得到解決。

4.3? 調節級金屬溫度與蒸汽溫度偏差大

在通流改造后，調節級金屬溫度與蒸汽溫度偏差大，相比改造前溫差大幅升高，調節級進汽溫度與調節級金屬溫度相差近72℃，主要有以下幾個原因：

1）高壓內缸存在溫度梯度，測量的溫度是隔板套夾層汽溫和內缸金屬溫度，不是調節級蒸汽溫度和隔板套金屬溫度;

2）高壓1號隔板套和高中壓內缸之間夾層，蒸汽流動緩慢;

3）金屬壁溫熱電偶安裝孔底部距汽缸內壁距離較大。

后續可將調節級金屬溫度和蒸汽溫度測點位置重新設置，安裝于高壓1號隔板套，方案圖如4.3，并對高中壓內缸及高壓1號隔板套進行補充加工，并按照新方案安裝溫度測點相關部件。

4.4? 5、6抽溫度超溫

哈汽超臨界汽輪機通流改造中一個重要舉措是減小低壓內缸泄露，提升低壓缸效率，為此采取的措施是降低進入低壓缸蒸汽參數，同時低壓內缸采用整體球磨鑄鐵結構。但通流改造后各機組五抽、六抽溫度仍較設計值偏高。

從表中可以看出五段抽汽溫度和六段抽汽溫度較改造前抽汽溫度偏高明顯緩解，但仍達不到設計值，應加強監視。

5 通流改造后存在的個性問題

5.1 小機出力不足

在汽輪機通流改造后小汽輪機出力不足，影響機組帶負荷能力，在機組高負荷運行時，需開啟輔汽供小機汽源。根據本文中4.1節描述，汽輪機通流改造小機出力不足的原因是4級抽汽壓力較設計值偏低和1號機小汽輪機效率偏低。

5.2? 3號高加過熱蒸汽冷卻段隱患

通流改造過程中，配置了外置式蒸冷器，以進一步提高回熱系統效率。通流改造后運行顯示，3號高加進汽溫度較通流改造前降低約126.1℃，引起高加過熱蒸汽冷卻段蒸汽提前凝結，造成水沖擊，影響高加使用壽命。

火電廠高壓加熱器傳熱面積的設計原則是確保過熱蒸汽冷卻段出口蒸汽過熱度為25～30℃，在未進行任何高加面積改造的前提下，3號高加進汽溫度降低126.1℃，蒸汽在過熱蒸汽冷卻段將凝結，對蒸汽冷卻段隔板以及水側管束產生水沖擊，降低高加使用壽命，將引起高加管束泄漏、隔板變形等影響機組安全運行問題?？蓪Ω呒訐Q熱面積進行改造，根據火電廠高加設計原則，確保高加過熱蒸汽冷卻段出口蒸汽仍有35～30℃的過熱度，縮小3號高加過熱蒸汽冷卻段傳熱面積。

6 結論

1）600 MW等級超臨界汽輪機通流部分現代化改造技術成熟，改造后的汽輪機組的經濟性、安全性、可靠性均得到提高，具有顯著的經濟效益與社會效益，是一項值得推廣的技改項目。

2）在制定汽輪機通流改造方案時，應綜合考慮未來機組參與深度調峰的可預現實，以及與其他節能、技改措施同步實施的耦合效應，科學選擇改造方案。

參考文獻：

[1]國家發展改革委，環境保護部，國家能源局，煤電節能減排與改造行動計劃（2014-2020年）[R].北京：發改委.